浙江省耕地质量等级年度监测技术简析-----以松阳县为例

淅江省土地整理中心 严庆良 朱锦尉 张 涛

浙江省耕地质量等级年度监测技术简析
-----以松阳县为例

淅江省土地整理中心 严庆良 朱锦尉 张 涛

随着社会对耕地保护的要求越来越高，耕地质量等级监测的作用也越加明显，它能及时、准确、全面地反映耕地质量的现状及发展趋势，是耕地保护的重要措施。本文以松阳县为例，重点介绍了耕地质量等级监测的渐变类型区划分、监测样点布设、等级及产能的评价结果、主导因素评价等主要内容，并提出了耕地质量等级年度监测成果的下一步应用，为如何发挥好耕地质量等级年度监测在耕地保护工作中的作用做了进一步的思考。

一、松阳县耕地质量等级分布概况

松阳县位于浙西南山区，以中、低山丘陵为主，境内“松古平原”为县内主要产粮区，具有浙西南山区典型特征。根据松阳县2014年土地利用现状，松阳县土地总面积为135394.86公顷，其中耕地面积为18747.21公顷，占土地总面积的13.85%。松阳县耕地质量主要分布在9-12等（国家利用等，下同），其中以10等最多，约占52.6%，主要分布在樟溪乡、赤寿乡、斋坛乡等乡镇，12等最少，约占2.9%，主要分布在枫坪乡、玉岩镇。2014年度松阳县监测区域涉及耕地总面积（不包含零星地物中耕地面积）为17222.90公顷，占耕地总面积的91.87%。

二、松阳县耕地质量等级年度监测技术路线

松阳县耕地质量等级年度监测内容主要包括，一是在松阳县县域范围内划定耕地质量等级渐变类型分布范围，并在渐变类型区内确定主导因素，二是在耕地质量等级渐变类型分布范围内的每个等级的耕地上布设监测样点，三是基于监测样点信息对耕地质量等级、产能以及主导因素进行监测评价，分析其变化强度和变化规律。

松阳县耕地质量等级年度监测工作主要运用了相关性分析进行渐变类型区划分和主导因素的确定，运用了地统计学的半方差函数和GIS空间分析布设监测样点、运用计量经济模型确定松阳县产能公式等等。具体技术路线见图1。

三、松阳县耕地质量等级年度监测成果

（一）耕地质量渐变类型的划分

1.限制性因素选取

图1 耕地质量等级年度监测技术路线图

表1 松阳县各限制性因素与国家自然等别的相关分析结果

表2 松阳县耕地质量等级变化类型的限制性因素及其标准

首先，依据省级层面的参考指标，结合现状条件，排除不易改变或变化缓慢的因素，如海拔、坡度、土壤质地等，保留在区域内现状条件易发生变化的因素如灌溉条件、有机质含量、pH值等。在保留因素中，通过分析各因素的可提升潜力，即分析各因素的每个等级在自然等别中的分布情况，初步确定限制性因素，包括有机质含量、pH值、土壤侵蚀强度。

其次，对松阳县初步选取的限制性因素与自然等别之间的关系进行相关分析。在PASW，Statistics，18中，对松阳县有机质含量、pH值、土壤侵蚀强度和国家自然等别进行相关分析，得到如表1所示的结果。

从表1可以看出，有机质含量、pH值、土壤侵蚀强度与国家自然等别的P值分别为，0.000、0.000和0.000，说明在0.01水平上具有显著相关性，这表明有机质含量、pH值、土壤侵蚀强度可作为松阳县耕地质量等级变化类型的限制性因素。

2.耕地质量渐变类型划分标准

根据省级层面耕地质量等级变化类型的划分标准及，结合松阳县气象条件、地形地貌类型、土壤类型等总体影响条件的分析，以及松阳县的有机质含量、土壤pH值、土壤侵蚀强度等限制性因素的分析将松阳县耕地质量等级变化类型划分为痔薄培肥型、酸化型和水土流失型3种。其各种类型的具体限制性因素及其标准见表2。

3.耕地质量渐变类型划分结果

松阳县耕地质量渐变类型包括痔薄培肥型、酸化型、水土流失型，如图2所示。

从松阳县2014年耕地质量变化类型划分来看表3，这里所指的优质耕地是有机质含量、pH值和土壤侵蚀强度3项限制性因素均得到满足，未受其影响，不属于这3种类型的耕地。可以看出，优质耕地占松阳总耕地面积的11.94%，痔薄培肥型在松阳县面积分布最多，主要分布在松古盆地，占55.52%，酸化型分布较为分散，占松阳县总耕地面积的28.14%，是松阳县仅次于痔薄培肥型的一种类型，水土流失型在松阳县分布最少，占4.40%。如表3所示。

（二）监测点布设结果

1.传统方法的样点布控

图2 松阳县耕地质量渐变类型

图3 松阳县监测区分布

表3 松阳县耕地质量等级变化类型的面积比例分布 单位，%

松阳县传统方法的样点布控实际操作中，首先是划分“自然质量分区”“利用水平分区”“收益水平分区”以及“耕地利用方式变化特征分区”。其次是将四区的范围进行空间叠加，形成耕地等级监测的“耕地质量监控制区”。根据主导性原则，以面积比重最大的监测区类型作为各村分区类别，对初步划分的“监测区”边界进行适当调整，确保各监测区区边界不破村界。调整过程中需要尽可能保证监测控制区的空间连续性，对于孤立、零散分布的控制区划分单元需要将其与邻近划分单元进行合并，避免监测控制区空间上的分散性。并尽可能保持村级或乡镇级行政区划的相对完整性，便于分区数据的获得、分区成果的应用与管理，最终确定松阳县23个耕地等级野外监测区（如图3所示）及40个固定监测样点分布图（如图4所示）。

传统方法的样点布控在划分过程中人为因素影响大，并且空间叠加过程存在误差累计，使得监测结果进行“以点推面”的过程中监测结果的精度难以保证。此外，监测样区划分、样点布设、数据采集精度和频率等缺乏流程化、简单化可操作性下降。

2.新方法的样点布控

耕地质量等级监测是在研究区范围内布设一定数量的监测点，通过采集监测点一定时间跨度内的相关指标变化情况，“以点带面”推断出整个研究区内耕地质量的变化特征与幅度。在受一定成本约束的情况下，还要保证监测样点的控制精度，因此引入了半方差函数的概念。以耕地自然等指数为基础，借助ArcGIS软件，在500-5000m的范围内分别选取不同的步长，通过打网格的方式均匀布点。计算松阳县变异函数的拟合参数，得到半方差函数规律符合球状模型，块金值Co为15500，基台值（Co+C）为94590，块金值与基台值的比值为0.164，变程a为3.1，即监测样点的变异半径为3.1km。在ArcGIS软件中根据变异半径布控网格，每个网格面积为3km×3km，求得监测样点控制范围为1406平方公里，得到理论监测样点布控图（图5）。

图4 松阳县固定监测样点分布

图5 基于半方差函数的样点分布

图6 松阳县修正后的监测样点分布

初始的基于半方差函数的监测样点布控只考虑了缓变耕地的国家自然等指数，需要对其进行多方面的修正，具体包括，缓变耕地的区域范围剔除在缓变耕地以外的样点，尽可能地在各种土壤类型上进行布点，结合土壤类型（亚类）对样点进行修正，利用自然等各等别面积比例、利用等各等别面积比例对样点进行修正，在耕地较多的乡镇对监测点予以加密处理，保证监测点在各乡镇覆盖的全面性，考虑县市的耕地特殊性。出于成本因素考虑，探索以最少的监测样点反映整个研究区域的耕地质量变化情况。

将具有相同国家自然等、国家利用等、国家经济等的单元聚类形成监测区，得到松阳县空间-属性一体化时空等别分布图（图6）。松阳县缓变耕地的国家自然等、国家利用等、国家经济等等别组合有14对，国家自然等分布在8-10等，国家利用等别分布在9-12等，国家经济等分布在8-11等。松阳县属于浙西南山地丘陵区，松古盆地地表平坦，而盆地两侧地势较高。盆地耕地集中连片，低丘缓坡耕地较为破碎，需要对不同等级、不同利用类型的耕地布控相应的监测样点。在聚类形成的监测区范围叠加基于地统计半方差函数预修正的监测样点分布图，根据相同国家自然等、国家利用等、国家经济等对其修正。得到兼顾样点的空间相关性和空间-属性一体化时空等别分布特征的样点分布图见图6，修正后的监测样点分布与空间-属性一体化时空等别分布图的空间分布复杂程度有关。

经修正，松阳县总共布设了40个监测样点，其中松古盆地耕地质量相对稳定，等别也较为集中国家自然等分别为8等、9等和10等，8等地上布设了7个监测样点9等地上布设了20个监测样点，10等地上布设了13个监测样点，盆地布控了12个监测样点，其他的低丘缓坡耕地布控了28个样点，松阳县的耕地以水田为主，因此水田地类上布设了33个监测样点，旱地上布设了7个监测样点。

3.新方法布控监测样点与传统方法的比较

一是将“自然质量分区”“利用水平分区”“收益水平分区”及“耕地利用方式变化特征分区”叠加过程中容易出现自然和社会属性不一致的区域，导致传统方法在个别乡镇布控的监测点数量较多。此外，空间叠加过程中存在误差的累计，使得在进行“以点推面”的过程中监测结果的精度难以保证。

二是优化修正后的监测样点与传统方法监测样点的叠加图（图7），得到优化修正后的监测样点数为40个，数量上与传统的样点布控方法一致，但在空间布局上进行了一定的调整。通过删减或加密处理后的监测样点分布能兼顾土壤属性的空间自相关性及土壤的国家自然等、国家利用等、国家经济等的空间-属性一体化时空特性，有利于提高样点布控的准确性、代表性和科学性。

三是比较经过优化和修正后布控的样点与传统方法布控的样点，表4 得到优化修正后的样点的监测结果总体精度高于传统方法其中，国家自然等、国家利用等和国家经济等的总体精度分别提高了12.75%、10.55%、5.3%。Kappa系数的应用考虑了误差矩阵的所有因素，是一种测定监测结果和实际耕地质量的吻合度或精度的指标。两种方法得到的Kappa系数差异显著修正优化后的样点布控得到的监测结果与实际的吻合度较高。

图7 不同方法的监测样点布控分布

表4 不同方法布控样点的监测精度比较

图8 松阳县耕地质量等别比例分布

（三）松阳县2014年耕地质量等级和产能监测评价结果通过对监测样点数据的采集在核算监测样点耕地质量等别基础上，“以点推面”获取松阳县渐变类型区内的耕地质量等级和产能分布。松阳县国家利用等分布为9等、10等，、11等,分别占4.24%、67.77%、27.99%，图8，。其中等别较高的9等地主要分布在松阳县的樟溪乡、赤寿乡、斋坛乡等乡镇，共有730.58公顷。10等地主要分布在樟溪乡、古市镇、望松乡、安民乡等乡镇，共有，11672.45公顷。11等地主要分布在樟溪乡、板桥乡、枫坪乡等乡镇，共有4819.87公顷。

2011年，到2014年松阳县耕地面积从2011年的18283.13公顷增加到2014年的18747.21公顷耕地净增加464.08公顷，其中2011-2012年增加了277.3公顷，2012-2013年增加了142.61公顷，2013-2014年增加了44.17公顷。

2011-2014年松阳县平均国家利用等别波动很小，2011年平均国家利用等别为10.23，2014年平均国家利用等别为10.22，总体来看，松阳县每年耕地质量等别都略有波动但都变化不大。由于每年的耕地面积都有所增加，等别相对稳定，松阳县历年的可实现产能都有逐步的提升，其中2011-2012年产能变化最大，提升了0.36万吨。

（四）松阳县耕地质量主导因素监测评价

通过对不同渐变类型耕地的监测评价因素分析，采用灰色系统关联度数学模型，结合松阳县实际易变的指标因素，研究各分等因素与国家自然等指数之间的关联度，从而得到松阳县不同渐变类型耕地的主导因素。痔薄培肥型耕地的主导因素是有机质含量、耕层厚度和pH，酸化型耕地的主导因素是有机质含量、pH和灌溉保证率，水土流失型耕地的主导因素是有机质含量、耕层厚度和pH。

由于各分等因素原始变量序列具有不同的量纲或数量级，为了保证分析结果的可靠性，需要对变量序列进行无量纲化，因此采用《中国耕地质量等级调查与评定》，浙江卷，中各分等因素对应的的分值作为处理后的变量。耕地质量不同渐变类型的主导因素2011-2014年分值的变化情况见表5。

由上表可知，痔薄培肥型、酸化型、水土流失型涉及有机质含量、耕层厚度、pH、灌溉保证率四个指标。

表5 不同渐变类型主导因素2011-2014年变化，类型主导因素及其变化

综上所述，在松阳县后期的耕地保护工作中，对有机质含量和耕层厚度，要注意其变化趋势，并注意维护。对灌溉保证率，仍有较大的提升潜力，质量提升项目要注重灌溉设施的建设、水源的供给。对于pH值，由于大量种植茶叶的原因，松阳县土壤酸化极为严重，要注重耕地特别是非种植茶叶耕地的土壤改良，通过增施有机肥、石灰改良、合理种植等多种措施对土壤进行综合管理。

四、年度监测成果的下一步应用

（一）加大年度监测在占补平衡中的应用

鉴于浙江省“占优补优”政策难以在每个地块上实现等级平衡的现状，占补平衡可探讨从耕地质量总体平衡的角度探索，年度监测成果可以提供县域内重点提升区、可提升区、难以提升区的分布范围为耕地质量等级总量平衡提供重要的依据。

（二）细化高标准基本农田分区和永久基本农田划定

目前，松阳县虽然划定高标准基本农田时综合考虑了农用地分等成果等相关资料，但是在划分高标准基本农田层次和提出后期建设重点时更多考虑是农田基础设施建设，而对其他影响高标准基本农田质量等级的分等因素考虑较少。因此，年度监测成果有利于从耕地质量评价因素出发，把握高标准基本农田内影响耕地质量等级的优势和薄弱环节，细化高标准农田分区和后期管护。同时，年度监测成果可以作为划定永久基本农田的重要依据，利用年度监测成果按照耕地质量等级从高到低的顺序划定基本农田。确保划入，补划，的基本农田的平均质量等级不低于划出占用或减少，基本农田的平均质量等级，保障基本农田整体质量水平。，

（三）充实土地利用总体规划

耕地质量等级年度监测成果应用于松阳县土地利用总体规划的编制、修改、修编等工作中，对于优质耕地或提升潜力大的耕地，尽量避免划入允许建设区和有条件建设区。从土地利用之初，就将耕地质量等级概念纳入规划中，从而进一步提高土地利用总体规划的科学性。

五、年度监测工作的几点经验

从2013年开始，松阳县一直作为浙江省11个耕地质量监测试点县之一，从监测试点工作开展以来的摸索街道，到目前已取得了阶段性的成果，在浙江省耕地质量年度监测工作全面开展之际，具有一定的示范性和代表性。在松阳县耕地质量等级监测工作中，总结了如下几点经验供学习和探讨。

一是收集资料阶段要保证资料详实，真实可靠。耕地质量等级年度监测工作正处于起步阶段，面广量多，且技术难度大，这就意味着资料收集阶段，要尽可能的全面、真实、可靠。在本次松阳县耕地质量等级年度监测工作中，松阳县国土部门积极配合、认真负责，保证了资料收集环节的真实可靠，资料详实。

二是监测实施阶段要优化方法，提高效率。松阳县耕地质量等级监测工作中，笔者发现，为充分提高监测效率和保证监测工作的顺利开展，优化监测中的方法尤为重要。优化方法的必要性来源于两个方面的现实需求，一是耕地质量等级年度监测是一项全新的工作，各地普遍存在技术人员少、技术水平低的状况，优化方法，提高方法的便利性是现实的需求，二是方法本身的精度有待于进一步的提高，例如本次松阳县监测样点的布设采用基于半方差函数的布设方法，布点监测精度得到了进一步的提高。

三是监测成果要进一步加强应用。目前，全省乃至全国年度监测成果的应用较少，加强年度监测成果的应用是现实十分紧迫的需求特别是在占补平衡、土地利用总体规划、高标准基本农田建设、永久基本农田划定等领域的应用。提高年度监测成果的应用性，并考虑将之划入耕保考核，可以充分提高各级部门对该项工作的积极性并发挥耕地质量监测的重要作用。